В соответствии с концепцией сверхмощной печи конструкция современного электросталеплавильного цеха должна обеспечивать максимальную производительность плавильных агрегатов при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах, загрязнение окружающей среды должно быть уменьшено, условия работы персонала в цехе должны быть удовлетворительными. Попытки применить типовую схему электросталеплавильного цеха, разработанную для малопроизводительных печей, использовавших классическую технологию плавки, для работы с печами сверхвысокой мощности не имели успеха. Старая типовая схема имела много "узких" мест в различных пролетах цеха и не давала возможности обеспечить высокопроизводительную работу сверхмощных печей. Для создания конструкции современного электросталеплавильного цеха, позволяющей использовать все преимущества сверхмощной печи, потребовалось решить ряд специфических проблем, вызванных наличием в цехе сверхмощных печей. К числу этих проблем относятся: 1) выбор оптимального числа плавильных агрегатов в цехе; 2) рациональная схема электроснабжения цеха; 3) подготовка лома и подача его к печи; 4) рациональная схема хранения и подачи добавочных»материалов в печь и ковш; 5) рациональное размещение вспомогательных и основных отделений электросталеплавильного цеха; 6) рациональная конструкция и планировка главного здания цеха; 7) рациональное размещение и использование кранового оборудования и других транспортных средств цеха;
схема размещения и работы средств внепечной обработки стали; 9) согласование работы сверхмощных плавильных печей и МНЛЗ; 10) применение ЭВМ и создание АСУТП для обеспечения высоких показателей работы цеха; 11) защита персонала и окружающей среды от вредного воздействия работающего оборудования цеха. Постепенное решение этих проблем позволило проектировать и строить цехи, в значительной степени соответствующие концепции сверхмощной печи.
Влияние металлизованного сырья на качество и свойства стали проявляется по-разному. Подробно этот вопрос рассмотрен в работе и ряде других публикаций. Прежде всего применение металлизованного сырья приводит к улучшению пластических свойств вследствие снижения содержания примесей цветных металлов, серы и фосфора в стали, обусловленного малым количеством этих примесей в металлизованных окатышах. Специфическая технология плавки при использовании металлизованных окатышей (длительное интенсивное кипение ванны под толстым слоем окисленного шлака сравнительно невысокой основности, имеющего малую газопроницаемость) и низкое содержание азота в окатышах позволяют получать сталь с очень низким содержанием газов, особенно азота. Имеются сведения об использовании металлизованного сырья специально для производства стали с низким содержанием азота. По Данным этой работы, улучшение качества стали при использовании металлизованного сырья достигается благодаря низкому содержанию в ней серы, фосфора, азота и обычных сопутствующих (цветных) примесей. Содержание серы обычно составляет < 0,010%, а часто даже < 0,006 %, что позволяет отказаться от десульфурации металла в ковше с использованием дорогих сплавов кальция, циркония и Р.З.М. При работе на 100% металлизованного сырья в шихте можно получать в готовой стали не более 0,001 % азота. Использование металлизованного сырья повышает характеристики готового металла: относительное удлинение, усталостную прочность, ударную вязкость, обрабатываемость, свариваемость, изотропию свойств, качество поверхности слитков и заготовок.
С середины 60-х годов, когда были разработаны и реализованы новые эффективные способы прямого восстановления железа и основные идеи технологии электроплавки с непрерывной загрузкой металлизованных материалов, получила распространение выплавка электростали с использованием железа прямого восстановления. Опыт показал, что сверхмощная дуговая печь лучше других агрегатов подходит для передела металлизованного сырья в высококачественную сталь.
Использование металлизованного сырья в электроплавке стали имеет следующие достоинства: химический состав металлизованного сырья точно известен, однороден, отсутствуют нежелательные примеси; увеличивается производительность печи; при плавлении меньше шума; допускается расширение производства при минимальных капитальных затратах. Неоднородное (неравномерное) размещение лома в печи вызывает большие колебания мощности при плавлении, непрерывные изменения длины дуги. Увеличивается электрическое сопротивление печной установки, снижается эффективная мощность. Плавление непрерывно загружаемого металлизованного сырья происходит при более устойчивом горении дуг, полезная мощность печи увеличивается (на 10-14%). Акустический шум снижается на 10- 15 дБ и обычно не превышает 89-92 дБ.
Железо прямого восстановления как шихтовый материал имеет ряд специфических особенностей, определяющих и особенности технологии электроплавки с его применением. Обычно железо прямого восстановления получают и используют в виде металлизованных окатышей диаметром 3-20 мм; реже — в виде брикетов с размерами, не превышающими 70 мм.
Исходя из концепции сверхмощной печи можно сформулировать основные требования к устройству и схеме работы такой печи. Дуговая печь в этом случае должна служить лишь для расплавления шихты, обезуглероживания, дефосфорации и нагрева металла до заданной температуры. Конструкция такой печи наряду с высокой производительностью должна обеспечивать наименьший расход электроэнергии и электродов, одинаково надежную работу всех узлов и элементов, минимальные затраты труда при эксплуатации и ремонтах, возможность автоматизации управления электрическим режимом и технологическим процессом в печи и минимальное загрязнение окружающей среды.
Более эффективными оказались попытки решения проблемы стойкости футеровки сверхмощной печи путем регулирования (ограничения в определенные моменты) излучающей способности дуг и подбора рациональных размеров и конфигурации рабочего пространства печи.
В связи с этим возникают специфические требования к планировке и дополнительному оборудованию современного электросталеплавильного цеха. Общими особенностями всех современных сверхмощных дуговых сталеплавильных печей являются: 1) применение мощного печного трансформатора; 2) специфическая конструкция вторичного токоподвода и электрододержателей; 3) использование специальных высококачественных электродов; 4) применение стеновых водоохлаждаемых панелей и комбинированного свода с керамической центральной частью и водоохлаждаемой периферией; 5) размещение печи в шумо-пылезащитном укрытии; 6) подача шлакообразующих и добавочных материалов в печь через отверстие в своде; 7) использование топливно-кислородных горелок для доплавления шихты;
работа одношлаковым процессом; 9) выпуск плавки в ковш, установленный на сталевозе.